CN103940727A - 一种模拟地面管线高温高压流动腐蚀测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟地面管线高温高压流动腐蚀测试装置，其要点在于模拟高温高压腐蚀介质水平流动条件下，测试地面管线的腐蚀程度，可模拟研究腐蚀介质含量、流速以及温度、压力等因素对地面管材的腐蚀作用程度，得出元素硫、硫化氢、二氧化碳气体以及悬浮颗粒所形成的多相流介质对地面管材腐蚀作用的影响规律。利用该实验方法和装置可实现各种地面管线工况的模拟，测定地面管线输送高温高压流体的耐腐蚀性能及其腐蚀速率大小、缓蚀剂在动态冲刷条件下的防腐效果，根据测试结果实现地面管线防腐工艺的适用性评价。

Description

一种模拟地面管线高温高压流动腐蚀测试装置

技术领域

本发明涉及一种模拟地面管线高温高压流动腐蚀测试方法及装置，更具体地说，它涉及一种用于地面管线高温高压多相流耐腐蚀性能测试方法，本发明还涉及使用该方法模拟测试高温高压多相流腐蚀实验和评价的实验装置。

背景技术

在地面管线设计和运行参数设计时，需要对地面管线在输送高温高压高流体的耐腐蚀性能进行测试，从而进行地面管线材质优选和腐蚀性能评价。目前国内外现有的高温高压腐蚀测试方法一般都是在高温高压釜内安装搅拌装置，将试样安装在搅拌器上实现试样和腐蚀介质的相对运动，不能模拟石油工业和化学工业中高温高压条件下腐蚀介质的流动以及模拟冲刷腐蚀作用，材质的腐蚀评价结果与现场结果相差较大。

在地面管线运行过程中，输送介质组分的复杂体系对地面管线的腐蚀和冲蚀与流场变异、多相体系的流态及流型有关。目前这类试验评价在学术上和工程技术上具有重要价值，由于缺乏相应的实验方法和装置，致使相应的评价实验不能进行。常规的高压动态腐蚀评价试验仪为叶片搅动或锥板转动，其流态分布与实际的工业状况相差甚远，用常规方法评价材料的腐蚀或缓蚀剂的防腐效果与工业实际常常相差甚远。

目前，常规的搅拌式高温高压腐蚀动态腐蚀实验方法存在以下不足：

(1)高温高压釜体的结构局限性造成腐蚀介质不能实现管路流动，无法模拟地面管线输送过程中的运行状态；

(2)腐蚀介质中的固相颗粒因重力作用将沉于釜底，安放在气相和液相中的试样不会受到固体颗粒的冲刷作用，因而不能模拟地面管线输送过程中的冲刷腐蚀作用；

(3)腐蚀介质的水平流动无法实现，所测试腐蚀速率误差较大，应用价值严重受限。

为解决常规高温高压动态腐蚀试验不能模拟地面管线生产运行的问题，本发明借助循环流动高温高压釜，提出了新型水平流动高温高压流动系统及实验装置，形成了适用于高温高压地面管线耐腐蚀性能测试的新型实验方法，能够很好的解决上述问题。

发明内容

本发明专利的目的在于提供一种一种结构简单、易于操作、安全可靠、能够同时测试多个试样、用于模拟高温高压地面管线耐腐蚀性能测试装置。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种模拟地面管线高温高压流动腐蚀测试装置，其特征在于包括磁力搅拌装置(1)、釜盖(3)、釜体(4)、搅拌轴(7)、搅拌叶片(8)、水平支管(9)、支管连通管(10)、支管密封装置(11)、输送介质(12)。

所述釜体(4)为一端开口的空心柱状体，内部盛装输送介质(12)，开口端由釜盖(3)密封，所述釜盖(3)的上部安装磁力搅拌装置(1)，该磁力搅拌装置(1)和搅拌轴(7)相连，所述搅拌轴（7）延伸至釜体(4)的输送介质(12)中，端部安装有搅拌叶片(8)。

所述釜体(4)的侧壁具有两根平行设置水平支管(9)，该水平支管(9)的端部由支管密封装置(11)密封，所述水平支管(9)之间由支管连通管(10)连接，使得输送介质(12)在釜体(4)、水平支管(9)、支管连通管(10)所形成的密闭系统中水平循环流动。

所述釜体(4)外部设置有保温装置(13)，保证釜体内部温度恒定，波动范围可控，该釜体(4)侧面设置有出气口(5)，底端设有进气口(6)；所述釜盖(3)上设置有温度探针(2)用于探测釜体(4)内部的温度；所述支管连通管(10)上具有超声波流速测试仪(20)。

所述釜体(4)还具有第一液相介质界面线Ⅰ(14)和第二液相介质界面线Ⅱ（15)，当釜体(4)中液相界面低于第一液相介质界面线Ⅰ(14)位置时，可模拟测试地面管线输送湿气时的腐蚀状态和腐蚀速率；当釜体(4)中液相界面高于第二液相介质界面线Ⅱ(15)位置时，可模拟测试地面管线输送液相腐蚀介质时的腐蚀状态和腐蚀速率；当釜体(4)中液相界面位于第一液相介质界面线Ⅰ(14)与第二液相介质界面线Ⅱ(15)之间时，可模拟测试地面管线输送多相流时的腐蚀状态和腐蚀速率。

所述釜体(4)内部的气密封压力最高达到70MPa，最高实验温度200℃，所述磁力搅拌装置(1)、釜盖(3)、釜体(4)、搅拌轴(7)、水平支管(9)、支管连通管(10)、支管密封装置(11)均采用哈氏合金C276加工制造。

釜体(4)内径为D，支管连通管(10)内径为d，水平支管(9)长度为L，当满足D=2d+10L时，超声波流速测试仪(20)可准确测定水平支管(9)中流体流速。

有益效果：

(1)高温高压釜内输送介质与所测试地面管线材质充分接触，能够真实模拟地面管线内壁受输送流体介质冲刷腐蚀作用，从而对管线材质耐腐蚀性能进行综合评价。

(2)模拟测试地面管线在高温高压气相、液相、固相以及多相流状态下，含硫化氢、二氧化碳气体、残余硫以及固相颗粒对地面管线腐蚀速率的影响作用机理，实验结果更接近现场工况，能够真实模拟地面管线腐蚀作用的影响因素，对现场判定地面管线材质的抗腐蚀性能提供更可靠、更加稳定的实验方法。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是实现本发明的主要装置结构正视图；

图2是实现本发明的主要装置俯视图；

图3是实现本发明的试样夹具装置的立体视图；

图4是实现本发明的试样夹具装置的侧视图；

图5是利用本发明测试某地面管线腐蚀速率的实验结果。

图6是利用本发明测试流速对某地面管线腐蚀速率的影响实验结果。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

参阅图1所示，本发明中一种模拟地面管线高温高压流动腐蚀测试装置，磁力搅拌装置(1)、温度探针(2)、釜盖(3)、釜体(4)、出气口(5)、进气口(6)、搅拌轴(7)、搅拌叶片(8)、水平支管(9)、支管连通管(10)、支管密封装置(11)、腐蚀流体(12)、保温装置(13)、第一液相介质界面线Ⅰ(14)、第二液相介质界面线Ⅱ(15)、试样夹持装置(16)、固定槽(17)、试样隔片(18)、试样(19)、超声波流速测试仪(20)；所述的温度探针(2)具有数据监测特点，可通过与电脑连接控制；所述的釜盖(3)设置有磁力搅拌装置(1)、温度探针(2)，密封稳定可靠；所述的釜体(4)外部设置有保温装置(13)，保证釜体内部温度恒定，波动范围可控；所述的釜体(4)上设置有出气口(5)和进气口(6)；所述的釜体(4)内部设置有搅拌轴(7)、搅拌叶片(8)，由转速连续可调的磁力搅拌装置(1)控制，使流体水平方向循环流动从而模拟地面管线内部腐蚀作用；所述的釜体(4)设置有两个水平支管(9)，端部由支管密封装置(11)密封，两个水平支管(9)通过支管连通管(10)连通，形成水平循环流动装置；所述的实验试样(19)固定在试样夹持装置(16)中，由试样隔片(18)分隔，并通过固定槽(17)固定，并将夹持装置(16)放置于两个水平支管(9)中。

本发明中一种模拟地面管线高温高压流动腐蚀测试方法如下：

(1)地面管线输送工艺参数模拟化，具体方法如下：

(A)根据地面管线生产运行状态确定气相、液相、固相组分，通过釜体容积计算得到气相分压、液相组分和固相组分的加入量；

(B)按照地面管线运行参数，利用釜体设计参数计算模拟实验流速所对应的磁力搅拌装置(1)旋转速度，通过计算得到水平支管(9)中流速确定为实验时输送介质流速；

(C)根据地面管线运行特征，将测试试样分别放置于水平支管(9)中，按照实验预期指标设置平行试样个数。

(2)安装试样，具体方法如下：

(A)将试样逐个放置于水平支管(9)中，并使用绝缘隔片将试样逐个隔开。

(B)使用支管密封装置(11)对水平支管(9)端部进行密封，从而在高温高压釜体(4)内部形成独立、密闭的水平流动循环体系，。

(C)开启通风设备、气体检测报警器等防护设备，打开高温高压釜电源和监控系统主机。除氧后关闭出气口(5)，用氮气进行试压；然后对釜体(4)进行升温至实验指定温度。待温度达到实验温度后，依次按照计算所得实验参数通入液相、气相腐蚀介质，并按实验参数设定磁力搅拌装置(1)转速。

(D)待实验结束后，停止磁力搅拌装置(1)旋转，关闭高温高压釜电源，待温度降至40℃以下后，泄压、排气，打开釜盖，取出试样。

(3)清洗试样并称重，计算腐蚀速率大小。可对不同材质、不同温度下的耐腐蚀性能进行对比；对地面管线在管道积水、含微量硫化氢、二氧化碳、残余硫等特定输送状态的平均腐蚀速率大小。

(4)测定试样表面腐蚀产物膜组分，观察腐蚀产物膜形貌特征，测定腐蚀产物膜的电化学特性。

(5)对腐蚀实验数据进行处理，并对地面管线试样耐腐蚀性能进行综合评价。

实例1测试某地面管线在不同温度、流速状态下的腐蚀速率大小

对某地面管线腐蚀性能进行测试，首先按照本发明将地面管线加工为腐蚀挂片试样，试样厚度可根据管线壁厚进行相应调整，分别测试该地面管线在温度为90℃和110℃、输送介质流速为0m/s和3m/s时腐蚀速率大小，如图5。

实验周期168h，根据腐蚀速率测试结果发现，该地面管线在温度90℃、流速为0m/s和3m/s时，腐蚀速率分别为0.0039mm/a和0.0132mm/a；而当温度升高为110℃、流速仍为0m/s和3m/s时，腐蚀速率分别达到0.0115mm/a和0.0241mm/a；腐蚀速率随温度、输送腐蚀介质流速的升高而增大，根据试样腐蚀速率大小、表面损伤对管材进行适用性分析。

实例2测试某地面管线在不同流速状态下腐蚀速率曲线

对某地面管线腐蚀性能进行测试，分别测试流速为5m/s、8m/s、10m/s、15m/s时地面管线腐蚀速率及其腐蚀状态，绘制流速与腐蚀速率大小管线曲线，如图6。

通过流速与腐蚀速率曲线发现，随着腐蚀介质流速的增大，地面管线试样腐蚀速率呈线性增大。这说明该地面管线在输送介质过程中，其腐蚀速率受流速影响较大，在生产运行过程中应严格控制输送介质流速，实时监控地面管线腐蚀状况以确保较大的腐蚀速率不会对管线的使用寿命造成严重影响。

应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种模拟地面管线高温高压流动腐蚀测试装置，其特征在于包括磁力搅拌装置(1)、釜盖(3)、釜体(4)、搅拌轴(7)、搅拌叶片(8)、水平支管(9)、支管连通管(10)、支管密封装置(11)、输送介质(12)；

所述釜体(4)为一端开口的空心柱状体，内部盛装输送介质(12)，开口端由釜盖(3)密封，所述釜盖(3)的上部安装磁力搅拌装置(1)，该磁力搅拌装置(1)和搅拌轴(7)相连，所述搅拌轴（7）延伸至釜体(4)的输送介质(12)中，端部安装有搅拌叶片(8)；

所述釜体(4)的侧壁具有两根平行设置水平支管(9)，该水平支管(9)的端部由支管密封装置(11)密封，所述水平支管(9)之间由支管连通管(10)连接，使得输送介质(12)在釜体(4)、水平支管(9)、支管连通管(10)所形成的密闭系统中水平循环流动。

2.如权利要求1所述的一种模拟地面管线高温高压流动腐蚀测试装置，其特征在于，所述釜体(4)外部设置有保温装置(13)，保证釜体内部温度恒定，波动范围可控，该釜体(4)侧面设置有出气口(5)，底端设有进气口(6)；所述釜盖(3)上设置有温度探针(2)用于探测釜体(4)内部的温度；所述支管连通管(10)上具有超声波流速测试仪(20)。

3.如权利要求1所述的一种模拟地面管线高温高压流动腐蚀测试装置，其特征在于所述釜体(4)还具有第一液相界面Ⅰ(14)和第二液相界面Ⅱ（15)，当釜体(4)中液相界面低于第一液相界面Ⅰ(14)位置时，可模拟测试地面管线输送湿气时的腐蚀状态和腐蚀速率；当釜体(4)中液相界面高于第二液相介质界面线Ⅱ(15)位置时，可模拟测试地面管线输送液相腐蚀介质时的腐蚀状态和腐蚀速率；当釜体(4)中液相界面位于第一液相介质界面线Ⅰ(14)与第二液相介质界面线Ⅱ(15)之间时，可模拟测试地面管线输送多相流时的腐蚀状态和腐蚀速率。

4.如权利要求1所述的一种模拟地面管线高温高压流动腐蚀测试装置，其特征在于，所述釜体(4)内部的气密封压力最高达到70MPa，最高实验温度200℃，所述磁力搅拌装置(1)、釜盖(3)、釜体(4)、搅拌轴(7)、水平支管(9)、支管连通管(10)、支管密封装置(11)均采用哈氏合金C276加工制造。

5.如权利要求2所述的一种模拟地面管线高温高压流动腐蚀测试装置，其特征在于釜体(4)内径为D，支管连通管(10)内径为d，水平支管(9)长度为L，尺寸关系满足D=2d+10L。